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Wie Sonnensysteme entstehen

09.11.2016

SPHERE-Instrument der ESO entdeckt protoplanetare Scheiben, deren Form von neugeborenen Planeten beeinflusst wird

Bis heute ist noch nicht vollständig geklärt, welchen Einfluss Planeten auf die Form der Scheiben um junge Sterne haben können, in denen sie selbst entstehen. Mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO konnten nun auffällige Merkmale in solchen Scheiben im Detail beobachtet und deren komplexen Dynamiken untersucht werden – im Fall eines jungen Sonnensystems konnte dessen Entwicklung sogar in Echtzeit beobachtet werden. Die jüngst veröffentlichten Ergebnisse dreier Astronomenteams zeigen, dass SPHERE für solche Beobachtungen prädestiniert ist – und dass durch diese Beobachtungen deutlich wird, in welch komplexen Umgebungen neue Welten entstehen. An den Untersuchungen waren auch Forscher vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg beteiligt.


Diese drei planetare Scheiben wurden mit dem SPHERE-Instrument beobachtet, das am Very Large Telescope der ESO montiert ist. Die Beobachtungen sollten Erkenntnisse über die rätselhafte Entwicklung junger Planetensysteme geben.

Herkunftsnachweis: ESO

Drei Astronomenteams konnten mit SPHERE, einem hochmodernen Instrument für die Jagd nach Exoplaneten am Very Large Telescope (VLT) am Paranal-Observatorium der ESO, Aufschluss über die rätselhafte Entwicklung von jungen Planetensystemen gewinnen. Durch die rasante Zunahme bekannter Exoplaneten in den letzten Jahren ist die Erforschung von Planetensystemen zu einem der dynamischsten Felder in der modernen Astronomie geworden.

Heute weiß man, dass Planeten in riesigen Scheiben aus Gas und Staub entstehen, die neugeborene Sterne umgeben und als protoplanetare Scheiben bezeichnet werden. Solche Scheiben können sich über mehrere Milliarden Kilometer erstrecken. Im Laufe der Zeit kollidieren Partikel in diesen protoplanetaren Scheiben mit anderen Partikeln und verbinden sich, sodass irgendwann einmal ein planetengroßes Objekt daraus entsteht. Allerdings bleiben die genauen Details über die Entwicklung dieser planetenbildenden Scheiben weiterhin rätselhaft.

Das Instrument SPHERE wurde erst kürzlich am VLT hinzugefügt und kann durch die Kombination neuartiger Technologien feine Details protoplanetarer Scheiben direkt abbilden [1]. Die Wechselwirkung zwischen protoplanetaren Scheiben und den darin wachsenden Planeten kann dazu führen, dass die Scheibe verschiedene Formen annimmt: riesige Ringe, Spiralarme oder eine durch Schatten entstandene scheinbare Lücke in der Scheibe. Diese sind für die Forscher besonders interessant, da eine eindeutige Verbindung zwischen diesen Strukturen und den Planeten, durch die sie entstehen, noch gefunden werden muss; ein Rätsel, an dessen Lösung Astronomen derzeit voller Eifer arbeiten. Deshalb kommt ihnen zugute, dass sie dank der besonderen Eigenschaften von SPHERE diese auffälligen Merkmale protoplanetarer Scheiben direkt beobachten können.

RXJ1615 ist beispielsweise ein junger Stern, der sich 600 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Skorpion befindet. Ein Team unter der Leitung von Jos de Boer von der Sterrewacht Leiden in den Niederlanden fand eine komplexe Anordnung konzentrischer Ringe, die den jungen Stern umgeben, deren Form einer gigantischen Version der Saturn-Ringe ähnelt. Solch ein komplexes Ringsystem in einer protoplanetaren Scheibe konnte bisher nur wenige Male abgebildet werden. Noch aufregender für die Forscher ist deren Vermutung, dass das ganze System nur 1,8 Millionen Jahre alt ist. Die Scheibe liefert Hinweise darauf, dass ihre Form von Planeten beeinflusst wurde, die sich noch im Entstehungsprozess befinden.

Das Alter der neu entdeckten protoplanetaren Scheibe macht RXJ1615 zu einem besonderen System, da die meisten anderen bisher entdeckten protoplanetaren Scheiben schon vergleichsweise alt oder weit entwickelt sind. De Boers unerwartetes Ergebnis stand im Einklang mit den Erkenntnissen eines Teams unter der Leitung von Christian Ginski, ebenfalls von der Sterrewacht Leiden. Sie beobachteten den jungen Stern HD 97048 im Sternbild Chamäleon, der etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Durch akribische Auswertung fanden sie heraus, dass sich die junge Scheibe um diesen Stern ebenfalls in konzentrische Ringe verwandelt hat. Die Symmetrie dieser beiden Systeme ist ein überraschendes Ergebnis, da die meisten protoplanetaren Systeme eine Vielzahl von asymmetrischen Spiralarmen, Lücken und Wirbel enthalten. Diese Entdeckungen haben die Zahl bekannter Systeme mit mehreren völlig symmetrischen Ringe erheblich erhöht.

Ein besonders beeindruckendes Beispiel der häufiger auftretenden asymmetrischen Scheiben wurde von einer Gruppe Astronomen unter der Leitung von Tomas Stolker vom Anton Pannekoek Institute for Astronomy in den Niederlanden aufgenommen. Die Scheibe umgibt den Stern HD 135344B, der etwa 450 Lichtjahren von uns entfernt ist. Obwohl der Stern in der Vergangenheit schon ausgiebig untersucht wurde, konnte die protoplanetare Scheibe des Sterns mit SPHERE mit nochmal mehr Detailschärfe  beobachtet werden. Das große zentrale Loch und die beiden markanten spiralarmähnlichen Strukturen sind vermutlich durch einen oder mehrere massereichen Protoplaneten entstanden, die irgendwann zu einem jupiterähnlichen Planeten werden.

Außerdem wurden vier dunkle Streifen beobachtet, bei denen es sich offenbar um Schatten handelt, die durch die Bewegung der Materie innerhalb der Scheibe von HD135344B entstehen. Außergewöhnlich war jedoch, dass sich einer der Streifen in den Monaten zwischen den Beobachtungen deutlich veränderte. Selten kann die Entwicklung eines Planeten, die auf Veränderungen in der inneren Scheibenregion hindeutet, in Echtzeit beobachtet werden. Dieser Bereich kann mit SPHERE jedoch nicht direkt beobachtet werden. Diese flackernden Schatten liefern nicht nur wunderschöne Bilder, sie bieten auch eine einzigartige Möglichkeit, die Dynamiken in den innersten Regionen der Scheibe zu untersuchen.

Wie die konzentrischen Ringe, die von de Boer und Ginski entdeckt wurden, zeigen die Beobachtungen von Stolkers Team, dass die komplexen und sich verändernden Scheiben, die junge Sterne umgeben, immer wieder für überraschende neuen Entdeckungen sorgen können. Den Forschern gelang es durch ihre beeindruckenden Ergebnisse dem Verständnis, wie Planeten die Scheiben, in denen sie entstehen, formen, einen Schritt näher zu kommen – und damit auch dem Verständnis über die Entstehung von Planeten an sich.

Endnoten

[1] SPHERE hatte sein erstes Licht im Juni 2014. Das Instrument verwendet fortgeschrittene Adaptive Optik, um atmosphärische Verzerrungen zu entfernen, einen Koronografen, um das Licht vom Zentralstern größtenteils zu blockieren, und eine Kombination aus differentieller Bildgebung und Polarimetrie, um das Licht bestimmter Merkmale in der Scheibe zu isolieren.

Weitere Informationen

Die Forschungsarbeiten von de Boer, Ginski und Stolker und ihren Kollegen im SPHERE-Konsortium wurden von der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics zur Veröffentlichung freigegeben. Die Titel der Fachartikel lauten: Direct detection of scattered light gaps in the transitional disk around HD 97048 with VLT/SPHERE, Shadows cast on the transition disk of HD 135344B: Multi-wavelength VLT/SPHERE polarimetric differential imaging, und Multiple rings in the transition disk and companion candidates around RX J1615.3-3255: High contrast imaging with VLT/SPHERE. Alle drei Artikel entstanden im Rahmen des SPHERE-GTO-Programms unter der Leitung von Carsten Dominik von der University of Amsterdam.

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson-germany@eso.org

Tomas Stolker
Anton Pannekoek Institute for Astronomy
Amsterdam, the Netherlands
Tel: +3120525 8152
E-Mail: T.Stolker@uva.nl

Jos de Boer
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Tel: +31715278139
E-Mail: deboer@strw.leidenuniv.nl

Christian Ginski
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Tel: +31715278139
E-Mail: ginski@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-Mail: rhook@eso.org

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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1640.

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